量測(cè)元件及傳送器-溫度.ppt

第二單元 基礎(chǔ)控制 -量測(cè)元件及傳送器- Measure Element & Transmitter,壓力測(cè)量 溫度測(cè)量 流量測(cè)量 液位測(cè)量 線上分析儀 . .,對(duì)量測(cè)元件要求,為求精度之程序控制效果，對(duì)量測(cè)元件要求： 精確度(precision)：指儀器可測(cè)得的最少量測(cè)單位，隨著控制要求，精確度亦須相對(duì)提升。 準(zhǔn)確度 (accuracy)：儀器本身之系統(tǒng)性誤差(systematic error)所造成與實(shí)際值之差異。 再現(xiàn)性度 (repeatability)：儀器量測(cè)時(shí)之隨機(jī)誤差 (random error)所造成與實(shí)際值之差異。隨機(jī)誤差有正有負(fù)，故以多少來(lái)表示。 工作環(huán)境：工作環(huán)境對(duì)某些線上分析儀之準(zhǔn)度及壽命均有深遠(yuǎn)的影響，必須仔細(xì)評(píng)估，保護(hù)設(shè)備(如一空調(diào)小屋)加上，以維護(hù)儀器 線性化(linearity)：大部分的儀錶間傳送均為線性的，因此將量測(cè)元件的量測(cè)特性給予線性化是必要的。,壓力測(cè)量 基本元件,彈性變形元件(Pressure spring)為壓力測(cè)量基本元件,壓力測(cè)量 基本元件,彈性變形元件(Pressure spring)為壓力測(cè)量基本元件, P2,P1,P2,巴登管靜壓元件,薄膜靜壓元件、差壓元件,蝸形管靜壓元件,扁囊差壓元件,螺漩管靜壓元件,伸縮囊差壓元件, 壓力,壓力 ,壓力 ,密封油,P1,P1,P2,壓力測(cè)量 壓力錶保護(hù),壓力錶直接由彈性變形元件感測(cè)壓力以連桿或力矩帶動(dòng)指針。 易因彈性疲乏、氧化、或超限而變形，容易產(chǎn)生誤差，壓力錶的保護(hù)及校正很重要 保護(hù)方式：緩衝器(抗劇烈變化)、化學(xué)隔離(抗腐蝕)、豬尾巴虹吸管(抗?jié)駸?。 校正：採(cǎi)用精密壓力校正器或重量砝碼為標(biāo)準(zhǔn)，利用氣壓源、油壓源或手動(dòng)壓力唧筒為壓力源。,壓力標(biāo)準(zhǔn),待校正壓力錶,壓力源,化學(xué)隔離,蒸汽虹吸管,壓力錶保護(hù),壓力錶校正,密封油,壓力測(cè)量 壓力傳送器,靜壓或差壓信號(hào)經(jīng)壓力元件產(chǎn)生位移最常利用下列裝元件轉(zhuǎn)換為電流或電壓： 線性變差電轉(zhuǎn)換器(LVDT)利用電感原理，以差電線路增加靈敏度。 應(yīng)變計(jì)(Strain Gauge)利用電阻絲嵌在彈性膜上，當(dāng)彈性膜受到張力，將電阻絲拉長(zhǎng)、變細(xì)，改變電阻 信號(hào)，經(jīng)電橋電路轉(zhuǎn)換將信號(hào)傳出。,G,R1,R2,R3,信號(hào)轉(zhuǎn) 換輸出,壓力元件位移,LVDT轉(zhuǎn)換器,信號(hào) 輸出,Strain Gauge 轉(zhuǎn)換器,壓力傳送器（Strain Gauge),R L/A,A大 L短,R小,壓力傳送器（Strain Gauge),R L/A,A小 L長(zhǎng),R大,壓力傳送器（Strain Gauge),利用電阻絲嵌在彈性膜上，當(dāng)彈性膜受到張力，將電阻絲拉長(zhǎng)、變細(xì)，改變電阻 信號(hào) 經(jīng)偏轉(zhuǎn)式惠斯登電橋(Weston Bridge)電路轉(zhuǎn)換將信號(hào)傳出。 平衡型惠斯登電橋,R4,I,G,I=0,壓力傳送器（LVDT),線性變差電轉(zhuǎn)換器(LVDT)(Linear Variable Differential Transformer) 利用電感原理，以差電線路增加靈敏度。,壓力元件位移,LVDT轉(zhuǎn)換器,信號(hào) 輸出,壓力傳送器（LVDT),線性變差電轉(zhuǎn)換器 RC1減少 RC2增加,壓力元件位移,LVDT轉(zhuǎn)換器,信號(hào) 輸出,RC1,RC2,流量測(cè)量 測(cè)量元件,差壓式流量元件流體流過(guò)定面積阻流器，阻流器兩端差壓隨流量而改變： 初級(jí)元件（即量測(cè)元件）包括：流孔板、文式管、流嘴 次級(jí)元件（即差壓元件） 流量傳送器（即差壓傳送器）,P1 高壓側(cè),P2 低壓側(cè),P1 高壓側(cè),P2 低壓側(cè),流孔板,文式管,P1 高壓側(cè),P2 低壓側(cè),流嘴,同心圓,偏心圓,d,管徑 D,流孔板費(fèi)用低、簡(jiǎn)單、可靠度高、適用範(fàn)圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但因流量與壓降的關(guān)係非線性，傳送器需加開(kāi)根號(hào)器。 流孔板的係數(shù)CD由下列因數(shù)決定 流孔板形狀、壓力接頭、(= d/D）及雷諾數(shù)（NRE) 因此標(biāo)準(zhǔn)流孔板都有其規(guī)範(fàn),邊緣接頭,標(biāo)準(zhǔn)流孔板,角分接頭,流量測(cè)量 流孔板,文式管摩擦損失小，適合髒的或黏性液體及一些slurries，但價(jià)格高、安裝使用較複雜 流嘴居流孔板與文式管間，較常被採(cǎi)用,流量測(cè)量 文式管與流嘴板,流量測(cè)量 差壓傳送器,流速測(cè)量 艾紐巴管(Annubar Tube),皮托管(Pitot Tube)測(cè)點(diǎn)速度,艾紐巴管(Annubar Tube)測(cè)平均速度,艾紐巴管(Annubar Tube),衝壓,靜壓,流量測(cè)量 變面積測(cè)量元件,變面積元件阻流器兩端差壓固定，阻流器隨流量而移動(dòng)以改變面積 浮子流量計(jì)(Rotameter) 通常指示用,浮子流量計(jì),流體方向,流量測(cè)量 變面積測(cè)量元件,流量測(cè)量 磁流量傳送器,最普遍之流量傳送器：以差壓元件測(cè)差壓流量計(jì)所產(chǎn)生之信號(hào)，再經(jīng)LVDT等線路轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號(hào)。 電磁流量計(jì)： 藉流體的導(dǎo)電性，利用彿萊明左手定律之原理，將流速信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電流、電壓信號(hào)。,N,S,_,+,導(dǎo)電流體,電磁流量計(jì),流動(dòng)管路,電壓信號(hào),常用流量計(jì)選用之參考,液位測(cè)量 靜壓傳送器,液位傳送器則多採(cǎi)靜壓法，利用隨液位上昇產(chǎn)生線性變化之壓力信號(hào)，以壓力元件測(cè)量液位信號(hào)，再由LVDT或應(yīng)變計(jì)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào),液位傳送器,液位測(cè)量 玻璃液位計(jì),圓管式 （便宜、通用、不耐高壓）,平板式反射型,平板式穿透型,（耐高壓、堅(jiān)固）,液位測(cè)量最直接的方式是玻璃液位計(jì)， 玻璃管低壓系採(cǎi)圓管，高壓系採(cǎi)平板式。,開(kāi)放槽使用錶壓法，密閉槽使用差壓法,液位測(cè)量 靜壓法,零點(diǎn)提昇,零點(diǎn)提昇,零點(diǎn)壓抑,溫度儀器種類(lèi),膨脹式溫度儀器 水銀溫度計(jì)：水銀之膨脹隨溫度而變，指示範(fàn)圍約在0 300左右 雙金屬溫度計(jì)：利用不同金屬之熱膨脹係數(shù)差異，其使用 範(fàn)圍約在-184427左右，通常裝於管線中作指示用 電阻式溫度儀器(resistance temperature detector,RTD) 熱電偶式溫度儀器(thermo couple),雙金屬溫度計(jì),A熱膨脹係數(shù)大,B熱膨脹係數(shù)小,加熱,溫度測(cè)量 熱電偶（）原理,熱電偶(TC) 利用兩金屬接點(diǎn)溫差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，熱電原理如下 席貝克效應(yīng)（Seeback Effect）：不同金屬兩接點(diǎn)溫度不同時(shí)，則有電流。 潘第效應(yīng)（ Peltier Effect）：電流通過(guò)兩金屬接點(diǎn)，若電流由正元件流向負(fù)元件，則放熱溫度升高。 湯姆遜效應(yīng)（ Thomson Effect）：均勻之金屬線兩端溫度不同便會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),TT,TT,電流,電流,A金屬（）,A金屬（）,B金屬（）,B金屬（）,T1,T1,T2,T2,電動(dòng)勢(shì) EA = CA (T1T2),電動(dòng)勢(shì) EB = CB(T1T2),電流,A金屬（）,B金屬（）,（T1 T2）,T1,T2,溫度測(cè)量 熱電偶（）原理,熱電定律：熱電偶測(cè)量溫度T1時(shí)，利用冰點(diǎn)為參考溫度及外接銅導(dǎo)線或補(bǔ)償導(dǎo)線以作電動(dòng)勢(shì)測(cè)量時(shí)，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) EC 與兩端點(diǎn)溫差 (T1-T4)正比，與其他中間溫度(T2、 T3)或銅導(dǎo)線無(wú)關(guān) 熱電偶產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) mV，經(jīng)信號(hào)處理器轉(zhuǎn)為420mA或15V 熱電偶優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、便宜、可靠、響應(yīng)快、量測(cè)溫度範(fàn)圍廣， 熱電偶缺點(diǎn)：則是須小心安裝，有時(shí)須放大輸出訊號(hào)，其精確度遜於RTD式溫度計(jì) 熱電偶可測(cè)溫度大於1000。C,A 金屬(),B 金屬(),T2,T3,電 動(dòng) 勢(shì) 感 測(cè),T4 參考溫度,銅導(dǎo)線,熱電偶溫度測(cè)量 EC = (CA-CB) x (T1-T4),T1,補(bǔ)償導(dǎo)線,EC,電流信 號(hào)輸出,+ -,信號(hào)處理器 I = (R2 / R1R3 ) Vin,Vin,R2,R1,R3,R5,R4,R L,I,常用熱電偶,溫度測(cè)量 電阻溫度計(jì)溫度計(jì)（RTD）原理,電阻溫度計(jì)(RTD) 以電阻絲，在雲(yún)母片絕緣繞成，再以彈性鋼保護(hù)即成。在特定範(fàn)圍內(nèi)，隨溫度改變電阻。 電導(dǎo)體的電阻性隨溫度變化 R = Ro(1+ (T -To) 金屬線材之種類(lèi)有鉑線、鎳線與銅線之分，以鉑線之線材最佳 為了消除導(dǎo)線因焦耳效應(yīng)或室溫變化產(chǎn)生誤差，通常以 Pt100 三線式感測(cè)球泡 RTD 作為溫度測(cè)量。 適用溫度範(fàn)圍常為 250。C以下。,雲(yún)母片,電阻球泡（RTD),A,B B,保護(hù)彈性鋼,三線式(RTD)接2U電橋,以偏轉(zhuǎn)型惠司登電橋傳送,RTD 二線式與三線式,二線式,三線式,以平衡型惠司登電橋測(cè)量 中 I=0 以偏轉(zhuǎn)型惠司登電橋傳送,讀數(shù),讀數(shù),G,A,B,B,Rc,Rc,Rc,Rc,Rc,線上分析儀,為了得知重要的程序特性，經(jīng)常必須加裝線上分析儀(online analyzer)來(lái)測(cè)量，甚至為了品質(zhì)控制，必要時(shí)必須輔以線上控制。 大部分的分析儀，都有取樣系統(tǒng)來(lái)抓取適當(dāng)?shù)臉悠饭﹥x器分析。然而這個(gè)取樣系統(tǒng)對(duì)控制而言，卻是個(gè)討厭的東西，因?yàn)樗仨毣ㄉ弦欢稳訒r(shí)間，再加上分析所需的時(shí)間長(zhǎng)者，可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)十分鐘，此即靜時(shí)(dead time)，造成延遲(delay)增加了控制的困難度 有分析儀的控制系統(tǒng)絕大